Ứng dụng mobile GIS trong thu thập, cập nhật, đồng bộ cơ sở dữ liệu thông tin địa lý trực tuyến

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CÔNG TÁC CẬP NHẬT,
CHỈNH LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU
1.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu trong Hệ thông tin địa lý
1.1.1 Khái niệm về Hệ thông tin địa lý
Hệ thông tin địa lý (HTTĐL) – Geographic Information System (GIS) là một
nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và
phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng
bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ
nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ.
Hiện nay, có rất nhiều định nghĩa về HTTĐL nhưng đều thống nhất quan
niệm chung. “Chúng ta có thể định nghĩa Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông
tin có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý
phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên, trong và
ngoài bề mặt trái đất hoặc được định nghĩa như là một hệ thống thông tin với khả
năng truy nhập, tìm kiếm, xử lý, phân tích và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm hỗ trợ
cho công tác quản lý, quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên & môi trường”.
Trích tr.2, [2].
Công nghệ HTTĐL kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu
trúc hỏi đáp) và cho phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, phân tích các sự kiện,
dự đoán tác động và hoạch định chiến lược. Những khả năng này phân biệt HTTĐL
với các hệ thống thông tin khác và khiến cho HTTĐL có phạm vi ứng dụng rộng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Tại sao phải sử dụng GIS
Xét trên phương diện những ngành nghề sử dụng có liên quan đến bản đồ thì
GIS với hệ thống phần mềm có thể kết nối thông tin về vị trí địa lý của sự vật với
những thông tin về bản thân sự vật. Khác với bản đồ trên giấy, GIS có thể tổ hợp
nhiều lớp thông tin, mỗi loại thông tin trên bản đồ có thể bố trí trên một lớp riêng,
người sử dụng có thể tương tác trực tiếp với các lớp thông tin thông qua các thao tác
bật tắt theo nhu cầu.

3

Hình 1.1 Các lớp thông tin trong hệ thống
Điểm mạnh của GIS so với các bản đồ giấy chính là khả năng cập nhật dữ
liệu nhanh và cho phép thực hiện các phép phân tích không gian và chọn những
thông tin cần theo mục đích sử dụng. Có vai trò quan trọng trong quy hoạch và quản
lý môi trường, quản lý địa giới hành chính…
1.1.2 Cơ sở dữ liệu trong Hệ thông tin địa lý
a) Định nghĩa cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu (CSDL) - Database là một hệ thống các thông tin có cấu trúc
được lưu trữ trên các thiết bị như băng từ, đĩa từ,… để có thể thoả mãn yêu cầu khai
thác đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với nhiều
mục đích khác nhau.
Ưu điểm của CSDL:
• Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất và do đó bảo đảm được
tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu.
• Dữ liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác nhau.
• Khả năng chia sẻ thông tin cho nhiều người sử dụng và nhiều ứng dụng
khác nhau.
Để đạt được những ưu điểm trên CSDL đặt ra những vấn đề cần giải quyết,
đó là:
• Tính chủ quyền của dữ liệu. Do sự chia sẻ của CSDL nên tính chủ quyền

4


của dữ liệu có thể bị lu mờ và làm mờ nhạt tinh thần trách nhiệm, được thể hiện trên
vấn đề an toàn dữ liệu, khả năng biểu diễn các mối liên hệ ngữ nghĩa của dữ liệu và
tính chính xác của dữ liệu. Nghĩa là người khai thác CSDL phải có nghĩa vụ cập
nhật các thông tin mới nhất của CSDL.

• Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của người sử dụng (NSD).
Do có nhiều người cùng khai thác CSDL một cách đồng thời nên cần phải có một
cơ chế bảo mật và phân quyền khai thác CSDL.
• Tranh chấp dữ liệu. Nhiều người được phép truy cập vào cùng một tài
nguyên dữ liệu (data source) của CSDL với những mục đích khác nhau như xem,
thêm, xóa, sửa dữ liệu. Như vậy cần phải có cơ chế ưu tiên truy nhập dữ liệu cũng
như cơ chế giải quyết tình trạng khoá chết (DeadLock) trong quá trình khai thác
cạnh tranh.
Cơ chế ưu tiên có thể được thực hiện dựa trên:
- Cấp quyền ưu tiên cho người khai thác CSDL, người nào có quyền ưu tiên
cao hơn thì được ưu tiên cấp quyền truy nhập dữ liệu trước.
- Thời điểm truy nhập, ai có yêu cầu truy xuất trước thì có quyền truy nhập
dữ liệu trước.
- Hoặc dựa trên cơ chế lập lịch truy xuất hay cơ chế khoá.v.v…
• Đảm bảo dữ liệu khi có sự cố. Việc quản lý tập trung có thể làm tăng khả
năng mất mát hoặc sai lệch thông tin khi có sự cố như mất điện đột xuất, một phần
hay toàn bộ đĩa lưu trữ dữ liệu bị hư,… một số hệ điều hành mạng có cung cấp dịch
vụ sao lưu đĩa cứng (cơ chế sử dụng đĩa cứng dự phòng - RAID), tự động kiểm tra
và khắc phục lỗi khi có sự cố. Tuy nhiên bên cạnh dịch vụ của hệ điều hành, một
CSDL nhất thiết phải có một cơ chế khôi phục dữ liệu khi các sự cố bất ngờ xảy ra
để đảm bảo CSDL luôn ổn định
b) Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong Hệ thông tin địa lý
Như chúng ta đã biết, cơ sở dữ liệu chiếm khoảng 70% giá trị của Hệ thông
tin địa lý, hay nói cách khác cơ sở dữ liệu chính là “linh hồn” của hệ thống. Cơ sở
dữ liệu của Hệ thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có liên quan với nhau được lưu trữ

5


dưới dạng số. Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có liên quan với các đặc điểm đặc trưng

trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở
dữ liệu thuộc tính. Hai loại dữ liệu này cần phải tuân theo một cấu trúc hợp lý để
thuận tiện quản lý, lưu trữ, sửa đổi và khai thác theo mục đích sử dụng.
Cơ sở dữ liệu không gian
Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu có chứa trong nó những thông tin về
định vị của đối tượng. Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện những đối tượng có
kích thước vật lý nhất định. Nếu là những cơ sở dữ liệu không gian địa lý thì nó là
những dữ liệu phản ánh những đối tượng có trên bề mặt hoặc ở trong vỏ quả đất.
Từ góc độ công nghệ thông tin địa lý, đó là những yếu tố không gian địa lý
được phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc dữ liệu nhất định. Dữ liệu
không gian có ba dạng cơ bản là điểm, đường, vùng. Các đối tượng dạng kiểu đất
cảnh quan như hồ nước, ranh giới thảm thực vật… là cơ sở dữ liệu không gian
vùng; sông, đường giao thông… là những cơ sở dữ liệu dạng đường; điểm mốc trắc
địa, điểm giếng khoan… là những cơ sở dữ liệu dạng điểm.
Tất cả đối tượng trên bề mặt quả đất đều có thể gộp vào ba dạng cơ bản trên
bởi vì công nghệ Hệ thông tin địa lý là công nghệ tin học và máy tính không thể
hiểu được khái niệm giếng khoan, sông… là gì nhưng có thể hiểu được định nghĩa
về điểm, đường, vùng. Các yếu tố cơ bản nêu trên thường được gắn với lời chú giải
hoặc kí hiệu.
Để quy dữ liệu không gian về ba loại trên, cần thiết phải xác định:
∗ Vị trí của đối tượng
Trong khi tạo dựng dữ liệu chúng ta luôn phải trả lời câu hỏi cái này ở đâu?
Vị trí của nó ở chỗ nào trong hệ quy chiếu đã chọn…, vì vậy việc xác định vị trí các
đối tượng là hết sức cần thiết.
∗ Đặc trưng của đối tượng
Đây chính là mô tả thuộc tính của đối tượng và máy tính có thể hiểu được
nhờ mã hóa chúng theo các mức dữ liệu và các giá trị số khác nhau.
∗ Mối quan hệ giữa các đối tượng

6

Các đối tượng nghiên cứu chuyên ngành luôn được so sánh với nhau để tìm
ra mối liên quan hình học và ảnh hưởng giữa chúng. Đây là một yếu tố rất quan
trọng và có thể là yếu tố then chốt trong công nghệ thông tin địa lý và cũng là sự
khác nhau cơ bản giữa GIS hiện đại và các hệ xử lý đồ thị khác.
Hệ thông tin địa lý sử dụng hai mô hình dữ liệu cơ bản để biểu diễn các đặc
trưng không gian: Mô hình dữ liệu Raster và mô hình dữ liệu Vector.

Hình 1.2 Minh họa Vector và Raster
Mô hình dữ liệu quyết định cách thức mà dữ liệu cấu trúc, lưu trữ, xử lý và
phân tích trong một Hệ thống thông tin địa lý. Mô hình dữ liệu Raster sử dụng lưới
để thể hiện đặc trưng không gian. Mô hình Vector sử dụng các điểm tọa độ của
chúng để xây dựng các đặc trưng không gian như điểm, đường và vùng. Các đặc
trưng dựa trên mô hình dữ liệu Vector được coi như các đối tượng riêng biệt trong
không gian. Nhiều Hệ thống thông tin địa lý sử dụng cả hai mô hình dữ liệu Vector
và Raster.
Cơ sở dữ liệu thuộc tính
Cơ sở dữ liệu thuộc tính (còn gọi là dữ liệu phi không gian) là cơ sở dữ liệu
phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau. Ví dụ, các thông tin về chủ đất,
chất lượng đất... là những dữ liệu thuộc tính.
Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc tính

7


định lượng, chúng được cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột. Mỗi hàng bao
gồm nhiều loại thông tin về một đối tượng nào đó như tên, diện tích… và được gọi
là một mẩu tin. Mỗi loại thông tin khác nhau này gọi là một trường, mỗi trường
được sắp xếp tương ứng với một cột. Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành

bảng gồm các hàng, các cột như trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật,
sắp xếp dữ liệu phi không gian.
Ngoài những đặc điểm như nêu trên, dữ liệu phi không gian có thể bao gồm
các hình thức trình bày chuẩn của mỗi yếu tố (màu sắc, lực nét, kiểu đường…)
nhằm giúp cho các quá trình sử dụng các kí hiệu và dụng cụ vẽ được thuận tiện.
Điều này đặc biệt có lợi để biểu thị dữ liệu đồ họa có hiệu quả và nhanh chóng.
Dữ liệu thuộc tính có thể được cập nhật vào trực tiếp từ các bảng dữ liệu, các
tệp văn bản hoặc thu nhận từ các phần mềm khác nhau.
1.2 Công tác cập nhật, chỉnh lý cơ sở dữ liệu
1.2.1 Các phương pháp cập nhật, chỉnh lý cơ sở dữ liệu
Hiện nay có rất nhiều phương pháp cập nhật CSDL như:
- Phương pháp cập nhật CSDL bằng máy GPS cầm tay.
- Phương pháp cập nhật CSDL bằng ảnh viễn thám.
- Phương pháp cập nhật CSDL bằng máy toàn đạc điện tử v.v...
1.2.2 Thực trạng công tác cập nhật, chỉnh lý cơ sở dữ liệu
Công tác cập nhật, chỉnh lý cho mỗi phương pháp đều phải tiến hành tuần
tự theo từng bước. Sau đây hai phương pháp “phương pháp cập nhật bằng máy
GPS cầm tay” và “phương pháp cập nhật bằng ảnh viễn thám” là hai phương pháp
thường được sử dụng cho công tác cập nhật và chỉnh lý CSDL hiện nay.
Phương pháp 1: cập nhật CSDL bằng máy GPS cầm tay
Sơ đồ quy trình công nghệ:

8


Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ cập nhật CSDL bằng máy GPS cầm tay
Quy trình trên được phân thành các nhóm công việc chính sau:
1. Chuẩn bị nội nghiệp
2. Đo đạc ngoại nghiệp
3. Xử lý nội nghiệp và cập nhật CSDL.

Công đoạn 1: Chuẩn bị nội nghiệp
Công tác chuẩn bị nội nghiệp bao gồm:
- Thu thập thông tin: Các thông tin được thu thập, cập nhật từ Internet, từ các
loại bản đồ…
- Xác định đối tượng: Xác định đối tượng để cập nhật, chỉnh lý bằng cách sử
dụng các thông tin đã thu thập được tiến hành xác định chi tiết phạm vi các đối

9


tượng cần phải cập nhật bổ sung, xác minh lại, chỉnh lý các đối tượng mới xuất hiện
tại thực địa.
- Chuyển dữ liệu vào máy GPS: Là bước cuối cùng trong công tác chuẩn bị
dữ liệu nội nghiệp.
Công đoạn 2: Đo đạc ngoại nghiệp
Đo đạc chỉnh lý
Yêu cầu:
- Cơ sở toán học: Yêu cầu về hệ toạ độ Quốc gia, múi chiếu, kinh tuyến trục;
- Yêu cầu độ chính xác: Quá trình tác nghiệp ngoài thực địa cần thu thập các
đối tuợng dạng đường, đối tượng dạng điểm và đối tượng dạng vùng đáp ứng yêu
cầu kỹ thuật của tỷ lệ bản đồ đưa ra;
- Việc đo đạc chỉnh lý được thực hiện đối với các đối tượng điểm, đối tượng
vùng, đối tượng đường. Các đối tượng này mới xuất hiện, hoặc các đoạn đường cũ
đã được cải tuyến và các cầu, đèo trên tuyến đường.
Điều tra, cập nhật thông tin
- Việc điều tra thông tin được thực hiện đối với các đối tượng mới xuất hiện
trên khu vực đo. Ví dụ: “Các tuyến đường mới, các tuyến được nâng cấp cải tạo,
các cầu được xây dựng mới nhưng vị trí tuyến đường và cầu không thay đổi”. Các
đối tượng điểm, vùng hay các tuyến đường, đèo, cầu đã có trong CSDL còn thiếu
thông tin cần điều tra ngoại nghiệp;

- Các thông tin được cập nhật vào bảng thông tin cần điều tra;
- Thống kê đầy đủ số lượng các đối tượng đã thu thập, cập nhật thông tin,
chỉnh sửa và đóng gói giao sản phẩm.
Quay phim, chụp ảnh các đối tượng
- Quay phim: Quay bao quát toàn bộ đầu tuyến, cuối tuyến đường, 2 chân
đèo, đỉnh đèo và các cầu. Thời gian quay tối thiểu là 15”;
- Chụp ảnh:
+ Đối với đường: Chụp 02 ảnh đầu tuyến và cuối tuyến;
+ Đối với đèo chụp 03 ảnh tại 2 chân đèo và đỉnh đèo. (Hai chân đèo chụp

10


dọc tại vị trí có biển báo, tại đỉnh đèo chụp bao quát tối đa);
+ Đối với cầu chụp 02 ảnh dọc và ngang cầu. (Ảnh ngang chụp theo hướng
ngang cầu có độ chếch 150 đến 450 so với cầu, đảm bảo quan sát rõ số trụ cầu.
Ảnh dọc chụp nơi có biển ghi chú cầu và phải chụp sao cho có khả năng đọc rõ
biển ghi chú).
- Kích thước file tối thiểu 800x600, khuôn dạng ảnh: JPG.
- Sản phẩm của công tác này được đóng gói giao nộp với các ghi chú thuyết
minh rõ ràng cụ thể.
+ Số lượng, địa vật chụp ảnh.
+ Số lượng, số hiệu ảnh gắn với từng địa vật theo hướng chụp.

Ảnh chụp dọc cầu

Ảnh chụp ngang cầu

Hình 1.4 Ảnh cầu giao thông
Đóng gói, giao nộp sản phẩm ngoại nghiệp

- File *.dgn, *.shp. Trong đó Shapefile phải được cập nhập dữ liệu từ sổ đo
ngoại nghiệp và phải thống nhất giữa sổ đo với Shapefile tương ứng bằng font
Unicode Tiếng Việt có dấu;
- Sản phẩm giao nộp, gồm:
+ Bản đồ ghi chú kết quả thực địa (file số);
+ Sổ điều tra ngoại nghiệp;

11


+ File gốc *.ssf;
+ File phim, ảnh chụp;
+ File đo dạng cơ sở dữ liệu *.shp.
Công đoạn 3: Xử lý nội nghiệp và cập nhật CSDL
Sản phẩm ngoại nghiệp phải đảm bảo về yêu cầu kĩ thuật và được chuẩn hóa
trong công tác nội nghiệp.
Yêu cầu kỹ thuật
- Cập nhật, chỉnh sửa thông tin ngoại nghiệp từ bảng thu thập thông tin thuộc
tính, các nguồn tài liệu như phim, ảnh... và trình bày theo quy định vào chủ đề
CSDL *.mdb;
- Đối với các đối tượng mới xuất hiện (hoặc thu thập chưa đủ), được bổ sung
theo số liệu đo GPS để xác định vị trí và gán thông tin thuộc tính đã thu thập theo
mẫu *.mdb yêu cầu;
- Số liệu đo GPS sau khi đo đạc ngoài thực địa được chuẩn hóa theo yêu cầu của
CSDL theo tỷ lệ bản đồ. Các dữ liệu phải được làm sạch, chuẩn hoá thuộc tính không
gian giữa các đối tượng mới với nhau và với dữ liệu đã có;
- Các thông tin chuyên đề được liên kết riêng. Đối tượng đường phải liên tục,
không bị cách quãng. Các thuộc tính được nhập từ kết quả điều tra và CSDL hiện có;
- Đối với các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ khi có cung đường vòng tránh thì
các đoạn chạy trong khu dân cư (đoạn cũ) phải giảm cấp loại đường bộ từ đường

trục chính chuyển thành đường nông thôn hoặc đường phố;
- Toàn bộ các số liệu, thông tin sau khi được chuẩn hóa về không gian và
thuộc tính mới được chuyển vào CSDL;
Các bước thực hiện
Công đoạn cập nhật, chỉnh lý CSDL được thực hiện theo các bước cơ bản sau:
- Chuẩn hóa dữ liệu không gian
+ Đối với đối tượng đường, đối tượng vùng, đối tượng điểm đã có trong CSDL
nền thì giữ nguyên, chỉ chuẩn hóa không gian các đối tượng điều tra như: Cầu, hầm,
đèo, ngầm, phà, đò, bến lội..

12